論文發(fā)表網(wǎng)推薦期刊《石油工程建設(shè)》全國(guó)中文核心期刊，一級(jí)刊物。本刊由中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司主管，中國(guó)石油集團(tuán)工程技術(shù)研究院和中國(guó)石油工程建設(shè)(集團(tuán))公司主辦，創(chuàng)辦于1975年，是我國(guó)石油石化基建工程領(lǐng)域創(chuàng)辦最早的專(zhuān)業(yè)技術(shù)刊物。專(zhuān)門(mén)報(bào)道油氣田、油氣管道、油氣儲(chǔ)罐、煉油廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、石油化工聯(lián)合企業(yè)的工程建設(shè)和技術(shù)改造等。
　　摘要：風(fēng)能是一種清潔、可再生的能源，在發(fā)電這一領(lǐng)域具有巨大的開(kāi)發(fā)潛力和商業(yè)活力。隨著科技的不斷進(jìn)步，計(jì)算機(jī)和可編程控制的科研水平也在提升，這對(duì)于風(fēng)電控制的研究又提供了新的途徑。本文就風(fēng)電行業(yè)市場(chǎng)進(jìn)行闡述，并對(duì)可控制編程器(PLC)為主控制器的風(fēng)電機(jī)組控制系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)的分析，以供參考問(wèn)。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)電行業(yè),市場(chǎng),PLC,溫度控制,偏航

　　一、行業(yè)概況

　　2012年，中國(guó)(不包括臺(tái)灣地區(qū))新增安裝風(fēng)電機(jī)組7872臺(tái)、裝機(jī)容量12960MW.同比下降26.5%;累計(jì)安裝風(fēng)電機(jī)組53764臺(tái)，裝機(jī)容量75324.2MW，同比增長(zhǎng)20.8%。

　　圖12005-2012年中國(guó)風(fēng)電裝機(jī)容量

　　2012年，中國(guó)海上風(fēng)電新增裝機(jī)46臺(tái)，容量達(dá)到127MW，其中潮間帶裝機(jī)量為113MW，占海上風(fēng)電新增裝機(jī)總量的89%。截止2012年底，中國(guó)已建成的海上風(fēng)電項(xiàng)目共計(jì)3896MW，是除英國(guó)、丹麥以外海上風(fēng)電裝機(jī)最多的國(guó)家。

　　二、應(yīng)用狀況

　　受困于整體經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的不好，存款準(zhǔn)備金率較高，風(fēng)電行業(yè)得到的資金支持也偏少，而風(fēng)電行業(yè)經(jīng)過(guò)幾年的快速發(fā)展，不再單純的追求速度，需要從發(fā)展質(zhì)量上尋求突破，開(kāi)發(fā)商越來(lái)越關(guān)注風(fēng)機(jī)質(zhì)量和發(fā)電效率，形勢(shì)上也要求風(fēng)電發(fā)展的速度要有一定的下降。同時(shí)，近兩年受到“棄風(fēng)限電”和新能源補(bǔ)貼資金發(fā)放不到位的影響，開(kāi)發(fā)商的資金壓力加大，并將資金壓力傳導(dǎo)到風(fēng)電設(shè)備制造商身上，影響了風(fēng)電項(xiàng)目的開(kāi)展和風(fēng)電機(jī)組的研發(fā)制造。

　　三、概述PLC及其工作原理

　　(一)、PLC簡(jiǎn)介

　　編程控制器(Programmable Logic Controller)簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC。PLC最早是由六十年代末美國(guó)通用公司的末迪康提出來(lái)的。新時(shí)期PLC的發(fā)展方向有以下幾個(gè)方面：內(nèi)部硬件做到高速化，系統(tǒng)化，模塊化，容量大，品種多;內(nèi)部軟件做到用戶(hù)編程語(yǔ)言多樣化，通信方面更加快捷，各國(guó)家各企業(yè)都可方便聯(lián)系，向大規(guī)模聯(lián)方向發(fā)展網(wǎng)，減少功耗，體積減小，整體輕巧，減少贅余。

　　(二)、PLC的工作原理

　　PLC的操作模式有兩種，分別為運(yùn)行(RUN)模式和停止(STOP)模式。PLC的工作方式是周而復(fù)始、不斷循環(huán)的，稱(chēng)為掃描工作方式。PLC一開(kāi)始啟動(dòng)后先要對(duì)硬件和內(nèi)部軟件進(jìn)行初始化工作。PLC要連續(xù)不停地分階段處理各種任務(wù)和程序。在運(yùn)行模式，控制器執(zhí)行內(nèi)部程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制管理，其過(guò)程是讀取輸入，將數(shù)據(jù)信息存放在輸入過(guò)程映像寄存器和輸出過(guò)程映像寄存器中，執(zhí)行用戶(hù)程序，CPU從指令的第一條開(kāi)始執(zhí)行，逐條執(zhí)行用戶(hù)的程序，然后進(jìn)行通信處理，接受請(qǐng)求方信息并將信息傳遞給對(duì)方，緊接著自診斷檢查，定期檢查處理器內(nèi)操作和各模塊工作狀態(tài)，最后是改寫(xiě)輸出，CPU執(zhí)行完用戶(hù)程序后，將輸出過(guò)程映像寄存器中數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵瞿�塊，并且鎖存數(shù)據(jù)，這一階段的工作完成，控制器就進(jìn)入下一階段重新對(duì)另一用戶(hù)程序開(kāi)始工作，一直循環(huán)下去。

　　四、PLC的應(yīng)用

　　(一)、發(fā)電機(jī)啟動(dòng)程序

　　發(fā)電機(jī)啟動(dòng)程序中包括系統(tǒng)總啟動(dòng)、風(fēng)速模擬量輸入、與正常風(fēng)速參數(shù)比較、啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)和顯示等部分。

　　在風(fēng)力發(fā)電控制系統(tǒng)中需要用到模擬量的輸入和A/D轉(zhuǎn)換值的轉(zhuǎn)換。假設(shè)模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)為A0-Am(例如：4-20mA)，A/D轉(zhuǎn)換以后的數(shù)值為D0-Dm(例如?6400-32000)，模擬量的標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)是A，A/D轉(zhuǎn)換后的相應(yīng)數(shù)值為D，由于是線(xiàn)性關(guān)系，函數(shù)關(guān)系A(chǔ)=f(D)可以表示為數(shù)學(xué)方程：

　　A=(D-D0)×(Am-A0)/(Dm-D0)+A0

　　根據(jù)該方程，可以依據(jù)D的值計(jì)算出A值。將該方程逆變換，得出函數(shù)關(guān)系D=f(A)可以表示為數(shù)學(xué)方程：

　　D=(A-A0)×(Dm-D0)/(Am-A0)+D0

　　在以下程序中遇到模擬量轉(zhuǎn)換，用上式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算便可以有效地得出數(shù)字量。

　　圖2系統(tǒng)總啟動(dòng)、模擬量轉(zhuǎn)換梯形圖

　　網(wǎng)絡(luò)1中，I0.0是系統(tǒng)總啟動(dòng)開(kāi)關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，外部風(fēng)速模擬量由EM231輸入模塊讀入，該模塊的第一個(gè)通道連接一塊帶4-20mA變送輸出的風(fēng)速顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值6400-32000。該儀表的量程設(shè)置為0-20m/s，即0m/s時(shí)輸出4mA，20m/s時(shí)輸出20mA。風(fēng)速顯示儀的鉑電阻輸入端接入一個(gè)220歐姆可調(diào)電位器�？梢杂霉�式4.3說(shuō)明模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。

　　X=(20-0)×(D-6400)/(32000-6400)-0

　　D=1280X+6400

　　將風(fēng)速模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，AIW0送AC0，AC0-6400，0送AC0，AC0/1280。0送VD220。Q0.0顯示系統(tǒng)已啟動(dòng)。

　　模擬量轉(zhuǎn)換后存在VD220，將VD220中數(shù)值與正常風(fēng)力發(fā)電參數(shù)的上下限值進(jìn)行比較，在3m/s-5m/s風(fēng)速范圍內(nèi)有信號(hào)則啟動(dòng)發(fā)電機(jī)(Q0.0)，假若大于風(fēng)速范圍，則發(fā)出停機(jī)警報(bào)(Q0.5)，工作人員察覺(jué)后可以手動(dòng)停機(jī)。

　　(二)、偏航控制程序

　　偏航控制程序是根據(jù)不同值的風(fēng)向標(biāo)夾角而采取不同的偏航控制策略。

　　根據(jù)上一節(jié)關(guān)于風(fēng)速模擬量轉(zhuǎn)換的介紹，同樣地，風(fēng)向模擬量可以同樣的方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　外部風(fēng)向模擬量AIW2由EM231輸入模塊讀入。該模塊的第二個(gè)通道連接一塊帶4-20mA變送輸出的風(fēng)向顯示儀表，轉(zhuǎn)換為數(shù)值6400-32000。該儀表的量程設(shè)置為0-360°，即0°時(shí)輸出4mA，360°時(shí)輸出20mA。風(fēng)速顯示儀的鉑電阻輸入端接入一個(gè)220歐姆可調(diào)電位器�？梢杂霉�式4.5說(shuō)明模擬量轉(zhuǎn)換過(guò)程。X表示輸入的模擬量，D表示轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。

　　X=(360-0)×(D-6400)/(32000-6400)-0

　　D=71.1X+6400

　　將風(fēng)向模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，AIW2送AC1，AC1-6400。0送AC1，AC0/71。1送VD222。圖3詳細(xì)表示這一轉(zhuǎn)換過(guò)程。

　　圖3風(fēng)向模擬量轉(zhuǎn)換梯形圖

　　接下來(lái)將對(duì)這7個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。180°表示正對(duì)迎風(fēng)面。接下來(lái)將對(duì)這7個(gè)角度區(qū)間進(jìn)行不同的控制策略。180°表示正對(duì)迎風(fēng)面。<180°將啟動(dòng)向右偏航的電動(dòng)機(jī)。>180°將啟動(dòng)向左偏航的電動(dòng)機(jī)。機(jī)艙偏轉(zhuǎn)角度的大小由電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間決定，偏轉(zhuǎn)角度越小，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間越短，相反偏轉(zhuǎn)角度越大，電動(dòng)機(jī)工作時(shí)間越長(zhǎng)。在合適的風(fēng)向范圍內(nèi)(傳感器、電機(jī)工作有誤差171°-189°)，則兩個(gè)電動(dòng)機(jī)均不做任何動(dòng)作，顯示合適風(fēng)向指示燈。

　　越接近180°，偏航電動(dòng)機(jī)運(yùn)作時(shí)間越短，使之接近合適風(fēng)向角度區(qū)間。由于篇幅限制，不列出其他三個(gè)角度區(qū)間的控制梯形圖。其他三個(gè)角度區(qū)間的控制方法和前兩種相似。在189°-195°時(shí)，啟動(dòng)向左偏航的電動(dòng)機(jī)(Q0.3)并且運(yùn)作延時(shí)20s。在195°-205°時(shí)，啟動(dòng)向左偏航的電動(dòng)機(jī)(Q0.3)并且運(yùn)作延時(shí)50s。在205°-215°時(shí)，啟動(dòng)向左偏航的電動(dòng)機(jī)(Q0.3)并且運(yùn)作延時(shí)90s。

　　(三)、溫度控制程序

　　在溫度控制中，主控制完成系統(tǒng)的初始化，總系統(tǒng)的啟動(dòng)與停止，單個(gè)系統(tǒng)溫控啟動(dòng)、停止和急停，計(jì)時(shí)器的設(shè)定等。根據(jù)系統(tǒng)的按鍵信息調(diào)用子程序SBR0和SBR1傳送PID控制參數(shù)。子程序SBR0是機(jī)艙溫度參數(shù)輸入和PID參數(shù)設(shè)定，子程序SBR1是塔架內(nèi)部溫度參數(shù)輸入和PID參數(shù)設(shè)定。定時(shí)器0每20ms中斷一回，進(jìn)入中斷程序INT0進(jìn)行處理。中斷程序INT0對(duì)兩個(gè)對(duì)象分別進(jìn)行控制。每一個(gè)控制對(duì)象都有溫度傳感器檢測(cè)室內(nèi)溫度值。

　　五、結(jié)束語(yǔ)

　　總而言之，目前風(fēng)電行業(yè)市場(chǎng)還有很大的發(fā)展空間，基于這種無(wú)污染、可重復(fù)利用的能源需要極力的推廣。此外，PLC在風(fēng)電主控制系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，特別是對(duì)電動(dòng)機(jī)偏航以及溫度控制有著非常重要的作用。

　　參考文獻(xiàn)

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